通过210Pb和体积密度剖面评估大型水库的沉积物积累速率

《Science of The Total Environment》：Sediment accumulation rate assessments for a large reservoir via 210Pb and bulk density profiles

本研究以泰国克拉西奥水库为对象，通过结合210Pb放射性测年与干容重(D_B)分层界面分析，提出了一种修正的恒定补给率(CRS)模型。研究发现，利用水库建设前后的D_B分层界面及已知水文事件（如低水位期）可有效估算沉积速率(SARs)，其中18个沉积 cores样本中78.9%无需依赖放射性测年即可通过D_B分层实现SARs评估，为数据有限地区的水库泥沙管理提供了低成本解决方案。

　　在水库中沉积物的累积问题，已成为全球水资源管理中的关键挑战。随着许多大型水坝自20世纪以来陆续建成，利用自然同位素210Pb进行放射性测年的方法，因其大约100年的测年范围，被认为是一种合适的选择。然而，以往的研究表明，在水库中某些210Pb深度剖面往往复杂且难以解释。通过对泰国中部某大型水库沉积物芯的调查发现，可以通过识别沉积物中老土壤层与上覆较新水库沉积物之间的干密度（DB）界面，从而获得准确的沉积速率（SAR）估计。此外，还可以通过匹配已知低水位异常时期的记录，结合沉积物中出现的亚空暴露证据，进一步估算SAR。

本研究的重点在于探讨如何通过改进的常速率供应（CRS）模型，结合210Pb的测年数据，提高SAR的估算精度。该模型假设210Pb的输入是持续且稳定的，但在实际水库环境中，这一假设往往不成立。因此，研究团队采用了修改后的CRS模型，以纠正过量的210Pb库存，并据此估算沉积物的年龄。同时，研究还发现，通过识别水库沉积物中出现的异常干密度层，可以与已知的三个极端低水位时期相对应，从而进一步验证SAR的估算结果。

在实际操作中，研究团队共采集了18个沉积物芯，包括原河床和非河床区域的样本。这些样本的选择旨在代表水库中央的沉积区，同时捕捉浅层上水库区域在低水位条件下暴露时的沉积物变化。通过合理的采样策略和采样方法，研究团队成功保留了沉积物的层序和沉积物与水界面的完整性。这种做法有助于更准确地识别沉积物中的关键界面，例如坝体建设界面和与特定低水位时期相关的异常层。

研究结果表明，基于坝体建设界面和210Pb测年的SAR估算方法之间存在良好的一致性。同时，通过将210Pb测年数据与“水异常”时期相匹配，也能够得到与低水位时期相关的SAR估算结果。这种多方法的结合不仅提高了SAR估算的准确性，还增强了对沉积物累积过程的理解。此外，研究还发现，通过简单的干密度测量，结合水库水位记录，可以在缺乏专业放射性测年设施的水库中，提供一种实用且低成本的SAR估算方法。

在实际应用中，研究团队发现，传统的210Pb测年方法在水库环境中存在一定的局限性。这主要是由于水库中沉积物的混合和脉冲输入，导致沉积物剖面复杂。因此，研究团队采用了综合、多代理的方法，将210Pb测年与独立的时间标记相结合，如干密度的显著变化或其他化学或物理属性的变化。这种多代理方法不仅提高了SAR估算的准确性，还为研究提供了更多的数据支持。

研究团队还发现，通过将210Pb测年数据与水位记录相结合，可以更准确地识别沉积物中的关键界面。例如，在泰国中部的Krasiao水库中，研究团队发现，通过识别坝体建设界面和与已知低水位时期相关的异常层，可以更准确地估算SAR。这种方法不仅适用于Krasiao水库，也适用于其他类似环境。此外，研究还发现，通过简单的干密度测量，可以在缺乏专业放射性测年设施的水库中，提供一种实用且低成本的SAR估算方法。

综上所述，本研究展示了如何在复杂的水库环境中，通过改进的CRS模型和干密度剖面，提高SAR估算的准确性。同时，研究还发现，结合水位记录和干密度测量，可以在缺乏专业放射性测年设施的水库中，提供一种实用且低成本的SAR估算方法。这种多方法的结合不仅提高了SAR估算的准确性，还增强了对沉积物累积过程的理解，为水库管理和水资源保护提供了重要的科学依据。此外，研究还发现，干密度剖面作为一种简单、实用的工具，可以在热带及其他数据有限的地区，为沉积物研究提供有效的支持，从而填补全球水资源安全研究中的重要知识空白。